機器冷卻用基礎油、混合該基礎油而成的機器冷卻油、通過該冷卻油冷卻的機器以及用該...的製作方法

2023-09-22 02:45:30 1

專利名稱：機器冷卻用基礎油、混合該基礎油而成的機器冷卻油、通過該冷卻油冷卻的機器以及用該 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器冷卻用基礎油、混合該基礎油而成的機器冷卻油、通過該冷卻油冷卻的機器以及用該冷卻油進行的機器冷卻方法。
背景技術：
由於電動汽車、混合動力汽車的高性能化，馬達的功率密度升高，發熱量也逐漸增力口。因此，不僅僅考慮線圈、磁鐵等的耐熱性的改善，還要考慮由於馬達的高效率化導致的發熱量的減少等，在馬達設計上也要進行各種研究。馬達的冷卻方法，大體上分為氣冷、水冷以及油冷3種方式。其中，氣冷方式在不 需要特別準備冷卻介質的方面是優異的，但難以確保大的冷卻容量。水冷方式因為水的導熱率高，冷卻性優異，但是由於具有導電性不能直接冷卻馬達線圈，就產生了布滿冷卻管的必要性，因此就有冷卻裝置變得很大的問題。相對於這些冷卻方式，油冷方式中，使用的油冷卻效率優異，同時導電性也低，因此能直接冷卻馬達，可進行緊湊的設計。所以，迴轉部件的潤滑也同時需要時，由於同一包裝化，也可以將馬達冷卻油作為兼用油使用。例如，混合動力汽車中，使變速機油循環並同時進行馬達的冷卻的機構被實用化。此外，在電動汽車的車輪驅動馬達中，使潤滑油循環、兼顧行星齒輪的潤滑與馬達線圈冷卻的設計上也做了研究。作為如此同時進行變速機等的潤滑與馬達冷卻的兼用油，提出有例如低粘度的礦物油或合成油中混合(A)含烴基的二硫代磷酸鋅、(B)三芳基磷酸酯以及(C)三芳基硫代磷酸酯中的至少一項而成的潤滑油組合物(參照專利文獻I)。此外，使用尿素加合值在4質量％以下、40°C時的運動粘度在25mm2/s以下、粘度指數在100以上的潤滑油基礎油的熱傳導係數在720W/m2 · °C以上的潤滑油組合物(參照專利文獻2);使用了含有以基礎油總量為基準在10質量％以上、100質量％以下的酯系合成油、40°C時的運動粘度不足15mm2/s、粘度指數在120以上、15°C時的密度O. 85g/cm3以上的潤滑油基礎油的熱傳導係數為780W/m2 · °C以上的潤滑油組合物(參照專利文獻3)也被作為同樣的兼用油提出。上述的各文獻中記載了 被提出的潤滑油組合物的絕緣性、冷卻性以及潤滑性優異，適用於電動汽車或者混合動力汽車等的安裝了電動馬達的車。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :W02002/097017號公報專利文獻2 :日本專利特開2009-161604號公報專利文獻3 :日本專利特開2009-242547號公報

發明內容
本發明要解決的課題
然而，專利文獻I中關於潤滑油組合物的冷卻性只涉及到做成低粘度，而沒有公開任何關於冷卻性能的數數據。此外，實施例中作為基礎油記載的新戊二醇2-乙基己酸二酯和烷基苯，導熱率低，並不能稱為導熱率冷卻性好。此外，專利文獻2的說明書段落〔0020〕中記載了，「作為尿素加合物……使導熱性惡化的成分……，但精度好且準確地捕集了」。即，提及尿素加合物成分是使導熱性惡化的成分，但從實際的導熱性方面來看正相反，認為「鏈烷烴主鏈長的成分的導熱性差」的見解是錯誤的。所以，能否說專利文獻2中公開了冷卻性優異的潤滑油組合物，留有疑問。此外，專利文獻3中具體公開的基礎油是酯化合物，因為體積電阻率低，因此絕緣性差，作為馬達冷卻油不一定理想。因此，本發明的目的是提供一種電絕緣性與導熱性優異的機器冷卻用基礎油、混合該基礎油而成的機器冷卻油、用該冷卻油冷卻的機器以及用該冷卻油進行的機器冷卻方法。解決課題的手段作為表示流體冷卻性的尺度有「熱傳導係數(每單位面積、單位溫度、單位時間的導熱量)」，此值越大冷卻性越好。但是，因為熱傳導係數不是物性值而是隨著流速或材質等的條件變化的值，所以在提高該值這樣的設計上做研究。另一方面，要用流體方面的研究使熱傳導係數增大，就關係到努塞爾數(Nusseltnumber)、雷諾數(Reynoleds number)以及普朗特數(Prandtl number),因此作為流體的物性值，運動粘度、導熱率、比熱以及密度對冷卻性產生影響。具體來講，運動粘度越小導熱率、比熱以及密度越大，作為流體的冷卻性越優異。所以，經以往研究，由流體(潤滑油等)的低粘度化提高冷卻性能。然而，潤滑油的情況下，如果使之低粘度化，冷卻性能提高，但不能確保充足的油膜厚度，導致潤滑不良。因此，必要最低限度的界限粘度取決於變速器等的潤滑部分的條件。從而，即使是相同的運動粘度，導熱率、比熱以及密度越大的潤滑油，冷卻性能越優異。例如、由溫度均一的板的強制對流得到的熱傳導係數是導熱率的3分之2次方、比熱的3分之I次方、密度的3分之I次方的比例，因此導熱率的影響是最大的。於是，作為馬達等的機器中使用的冷卻油，期望導熱率高的基礎油，但此前對基礎油的分子構造和導熱率之間的關聯既沒有研究的例子也沒有知識。對於基本的低分子化合物，如化學手冊中記載的程度，即已知甘油、乙二醇、甲醇等的醇類的導熱率高的程度。但是，醇類等極性化合物的體積電阻率低(電絕緣性差)，完全不能作為直接冷卻馬達等機器的冷卻油使用。此外也不能期待有作為潤滑油的潤滑性。對此，本發明人從分子設計的觀點進行專心研究，發現具有規定的分子結構的烴類化合物的冷卻性、電絕緣性以及潤滑性優異。S卩，本發明提供如下的機器冷卻用基礎油、混合該基礎油而成的機器冷卻油、通過該冷卻油冷卻的機器以及用該冷卻油進行的機器冷卻方法。(I) 一種機器冷卻用基礎油，其特徵在於,含有30%質量以上的主鏈中的末端甲基以及亞甲基的總數在16以上、分子中的甲基分支以及乙基分支的總數在I以下的烴化合物,40°C時的運動粘度在4mm2/s以上、30mm2/s以下。(2)上述⑴中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述主鏈中的亞甲基的總數在16以上。(3)上述的⑴或⑵中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物是、鏈狀結構。(4)上述的⑴至⑶的任意一項中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物是飽和結構。(5)上述的⑴至⑶中的任意一項所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物具有不飽和結構。(6)上述的(I)至(5)的任意一項中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，25°C時的導熱率為O. 138W/(m · K)以上。(7)上述的(I)至(6)的任意一項中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，25°C時的體積電阻率是IO13 Ω · Cm以上。
(8) 一種機器冷卻油，其特徵在於，混合上述的(I)至(7)的任意一項中所述的機器冷卻用基礎油而成。(9) 一種機器，其特徵在於，用上述⑶中所述的機器冷卻油冷卻。(10)上述(9)中所述的機器，其特徵在於，所述機器是電動汽車用或者混合動力汽車用的機器。(11)上述(9)或者(10)中所述的機器，其特徵在於，所述機器選自馬達、蓄電池、變換器(、>'—夕一，inverter)、引擎以及電池中的至少一種。(12) 一種機器冷卻方法，其特徵在於，使用上述⑶中所述的機器冷卻油。發明的效果混合本發明的機器冷卻用基礎油而成的機器冷卻油，因為絕緣性與導熱性優異，因此適用於電動汽車、混合動力汽車等中安裝的馬達、蓄電池、變換器、引擎以及電池等的冷卻。


圖I是顯示本發明的實施例2中使用的化合物的氣相色譜儀的圖。圖2是顯示本發明的比較例I中使用的化合物的氣相色譜儀的圖。
具體實施例方式本發明的機器冷卻用基礎油(下面簡稱「基礎油」)的特徵在於，含有30質量％以上的主鏈中的末端甲基以及亞甲基的總數在16以上、分子中的甲基分支以及乙基分支的總數在I以下的烴化合物，40°C時運動粘度是4mm2/s以上、30mm2/s以下。此處，主鏈是指分子中最長的鏈狀結構部分。以下，詳細說明本發明。為了改善液體分子的導熱性，重要的是使由於分子間衝突的熱振動能的授受良好和做成使分子內振動能不擴散的結構的分子設計。此外，要增加分子間的衝突頻率，使分子的主鏈變長、通過碳-碳鍵間的旋轉運動擴大分子末端的可動範圍是有效的。具體地講，為了不使分子內的振動能擴散而是匯集在分子主鏈中，減少使振動能擴散的短的甲基分支、乙基分支。由於甲基、乙基的可動範圍也小，因此也不利於與鄰接分子的衝突(能量授受)。作為具有這樣的結構的分子，具有長鏈狀分子的烴化合物是有利的。於是，在本發明中，將主鏈中的末端甲基以及亞甲基的總數在16以上、分子中的甲基分支以及乙基分支的總數在I以下的烴化合物，作為基礎油的主要成分使用。此外，從冷卻性提高的觀點，優選上述烴化合物中亞甲基的總數在16以上。此外，從作為基礎油的冷卻性能提高的觀點，上述烴化合物優選為鏈狀結構，進一步優選為直鏈狀。進一步地，此烴化合物可以是飽和結構，也可以是不飽和結構。作為這樣的烴化合物，可以直接使用眾所周知的α烯烴的低聚物，或可以進一步氫化後使用。作為α烯烴，可以使用I-辛烯、I-癸烯、I-十二碳烯以及I-十四碳烯等。作為低聚物化催化劑，也可以使用一般使用的BF3絡合物催化劑、固體酸催化劑等，由於容易生成分支多的骨架異構體，因此可能難以得到目的結構的生成物。所以，優選使用難以引起骨架異構化的金屬茂絡合物催化劑。低聚物的氫化中，適用普通的海綿鎳、鎳硅藻土等的鎳催化劑、鈀活性炭、或者釕活性炭等的貴金屬催化劑等。此外，負載型催化劑、絡合物催化劑等，使用的催化劑的種類沒有限制。 本發明的基礎油含有30質量％以上的上述烴化合物，作為基礎油的含量優選在50%以上，更優選在60質量％以上，進一步優選在70質量％以上，特別優選在80 %質量％以上。如果使用上述的烴類化合物的含量未滿30質量％的基礎油，可能不能充分發揮冷卻性能。當然，將本發明的基礎油作為機器冷卻用基礎油單獨(100質量％)使用也可以。本發明的基礎油在40°C的運動粘度在4mm2/s以上、30mm2/s以下，優選在4mm2/s以上、20mm2/s以下。如果40°C時的運動粘度未滿4mm2/s，例如，作為馬達與變速器等的兼用油使用的情況下，潤滑性可能不夠。另一方面，如果40°C時的運動粘度超過30mm2/s，可能冷卻性不夠，此外，可能會給作為馬達等的冷卻油的系統內循環等帶來故障。本發明的基礎油，從冷卻性的角度出發，優選25°C時的導熱率為O. 138W/(m*K)以上時，更優選在O. 139W/(m · K)以上。此外，從絕緣性的觀點，本發明的基礎油優選在25°C的體積電阻率在IO13 Ω ^cm以上，更優選在IO14Ω · Cm以上。也可以向上述的烴化合物中混合入其他的成分(基礎油)作為本發明的基礎油來使用。這種情況下，雖然作為其他的成分的種類沒有特別限制，但需要以不損害本發明的效果的程度混合不損害上述粘度範圍、進一步地不損害冷卻性、絕緣性以及潤滑性的成分。作為這樣的其他的成分，例如優選的為礦物油或者合成油。作為礦物油，可以列舉，例如，環烷烴系礦物油、石蠟系礦物油、GTL礦物油、WAX異構化礦物油等。具體地，可以舉例，經由溶劑提純或者氫化提純的輕質中性油、中質中性油、重質中性油或者光亮油(bright stock)等。另一方面，作為合成油，可以列舉，聚丁烯或者其氫化物、聚α-烯烴(I-辛烯低聚物、I-癸烯)或者其氫化物、α-烯烴共聚物、烷基苯、多元醇酯、二元酸酯、聚氧亞烷基二醇、聚氧亞烷基二醇酯、聚氧亞烷基二醇醚、位阻酯、矽酮油等。由上述的本發明的基礎油構成的機器冷卻油適用於作為電動汽車、混合動力汽車等的馬達、蓄電池、變換器、引擎以及電池等的冷卻用途中使用。此外，因為基礎油的40°C粘度也在規定的範圍中，因此潤滑性也優異，所以作為進行行星齒輪或變速機等的潤滑的兼用油也令人滿意。另外，本發明的機器冷卻油中，可以在不妨礙本發明的目的的範圍根據需要進一步混合種種添加劑。例如，粘度指數改進劑、抗氧化劑、洗滌分散劑、摩擦調整劑(油性劑、極壓添加劑)、抗磨劑、金屬減活劑、流動點降低劑以及消泡劑等。但是，將機器冷卻油作為兼用油使用的情況下，應該留意要做成不損害電絕緣性而發揮潤滑性能的混合配方。所以，作為機器冷卻油，優選決定25°C時的導熱率在O. 138ff/(m*K)以上、25°C時的體積電阻率在IO13 Ω · cm以上、進一步地40°C時的運動粘度也在4mm2/s以上、30mm2/s以下的混合處方作為粘度指數改進劑，可以舉例，例如，非分散型聚甲基丙烯酸酯、分散型聚甲基丙烯酸酯、烯烴系共聚物(例如，乙烯-丙烯共聚物等)、分散型烯烴系共聚物、苯乙烯系共聚物(例如，苯乙烯-二烯氫化共聚物等)等。這些粘度指數改進劑的質均分子量，例如在分散型以及非分散型聚甲基丙烯酸酯的情況，優選在5千以上、30萬以下。此外，烯烴系共聚物的情況優選在800以上、10萬以下的程度。這些粘度指數改進劑可以單獨或多種任意組合混合，其混合量優選以冷卻油總量為基準，在O. I質量％以上、20質量％以下的範圍。作為抗氧化劑，可以舉例有烷基化二苯胺、苯基-α -萘胺、烷基化苯基-α -萘胺等的胺系抗氧化劑、2,6- 二 -叔丁基苯酌·、4,4』 -亞甲基雙(2,6- 二 -叔丁基苯酌·)、異辛 基_3_ (3, 5_ 二-叔丁基-4-輕苯基)丙酸酷、正十八燒基_3_ (3, 5_ 二-叔丁基-4-輕苯基)丙酸酯等的苯酚系抗氧化劑、二月桂基_3，3』 -硫代二丙酸酯等的硫系抗氧化劑、磷酸酯等的磷系抗氧化劑、進一步地有鑰系抗氧化劑。這些抗氧化劑可以單獨或多種任意組合含有，通常優選2種以上的組合，其混合量以冷卻油總量為基準，優選在O. 01質量％以上、5質量％以下。作為洗滌分散劑，舉例有鹼土類金屬磺酸鹽、鹼土類金屬酚鹽、鹼土類金屬水楊酸鹽、鹼土類金屬膦酸鹽等的金屬系洗滌劑、及烯基琥珀醯亞胺、苯甲胺、烷基多胺、烯基琥珀酸酯等的無灰系分散劑。這些洗滌分散劑可以單獨使用一種，也可以2種以上組合使用。其混合量，以冷卻油的總量為基準，優選在O. I質量％以上、30質量％以下。作為摩擦調整劑、抗磨劑，例如舉出有硫化烯烴、二烷基多硫化物、二芳基烷基多硫化物、二芳基多硫化物等的硫系化合物；磷酸酯、硫代磷酸酯、亞磷酸酯、亞磷酸烷基酯、磷酸酯胺鹽、亞磷酸酯胺鹽等的磷系化合物；氯化油脂、氯化石蠟、氯化脂肪酸酯、氯化脂肪酸等的氯系化合物；烷基或者烯基馬來酸酯、烷基或者烯基琥珀酸酸酯等的酯系化合物；烷基或者烯基馬來酸、烷基或者烯基琥珀酸等的有機酸系化合物；環烷酸鹽、二硫代磷酸鋅(ZnDTP)、二硫代氨基甲酸鋅(ZnDTC)、二硫代磷酸硫化氧鑰(MoDTP)、二硫代氨基甲酸硫化氧鑰(MoDTC)等的有機金屬系化合物等。其混合量，以冷卻油的總量為基準，優選在O. I質量％以上、5質量％以下。作為金屬減活劑可以列舉，苯並三唑、三唑衍生物、苯並三唑衍生物、噻二唑衍生物等，其混合量以冷卻油總量為基準，優選在O. 01質量％以下、3質量％以下。流動點降低劑可列舉，例如乙烯一醋酸乙烯酯共聚物、氯化石蠟和萘的縮合物、氯化石蠟和苯酚的縮合物、聚甲基丙烯酸酯、聚烷基苯乙烯等，特別優選聚甲基丙烯酸酯。這些混合量，以冷卻油總量為基準，優選為O. 01質量％以上,5質量％以下。作為消泡劑使用液態矽酮較合適，例如甲基矽酮、氟矽酮、聚丙烯酸酯等適用。這些消泡劑優選的混合量以冷卻油總量為基準，在O. 0005質量％以上，O. 01質量％以下。實施例接著，通過實施例更詳細說明本發明，但本發明並不被這些例子做任何的限定。
具體地，配製表I中所示的各基礎油，進行各種評價。基礎油的配製方法以及評價方法(物性測定方法)如下。 [表 I]
權利要求
1.一種機器冷卻用基礎油，其特徵在於，含有30質量％以上的主鏈中的末端甲基以及亞甲基的總數在16以上、分子中的甲基分支以及乙基分支的總數在I以下的烴化合物，40°C運動粘度在4mm2/s以上、30mm2/s以下。
2.根據權利要求I所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述主鏈中的亞甲基的總數在16以上。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物是鏈狀結構。
4.根據權利要求I 3任意一項中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物是飽和結構。
5.根據權利要求I 3任意一項中所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，上述烴化合物有不飽和結構。
6.根據權利要求I 5任意一項中所述的機器冷卻用基礎油,其特徵在於,在25°C時的導熱率是O. 138W/ (m · K)以上。
7.根據權利要求I 6任意一項所述的機器冷卻用基礎油，其特徵在於，在25°C時的體積電阻率在 ο13 Ω · Cm以上。
8.一種機器冷卻油，其特徵在於，混合權利要求I 7任意一項所述的機器冷卻用基礎油而成。
9.一種機器，其特徵在於，用權利要求8中所述的機器冷卻油冷卻。
10.根據權利要求9所述的機器，其特徵在於，所述機器是用於電動汽車或者混合動力汽車的機器。
11.根據權利要求9或權利要求10中所述的機器，其特徵在於，所述機器是馬達、蓄電池、變換器、引擎以及電池中的至少任一種。
12.一種機器冷卻方法，其特徵在於，使用權利要求8中所述的機器冷卻油。
全文摘要
一種機器冷卻用基礎油，其含有30質量％以上的主鏈中的末端甲基以及亞甲基的總數在16以上、分子中的甲基分支以及乙基分支的總數在1以下的烴化合物，40℃時運動粘度是4mm2/s以上、30mm2/s以下。混合該基礎油而成的機器冷卻油，因為電絕緣性與導熱性優異，因此適用於電動汽車、混合動力汽車等的馬達、蓄電池、變換器、引擎以及電池等的冷卻。
文檔編號C10N20/00GK102666815SQ201080059380
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月5日 優先權日2009年12月24日
發明者坪內俊之 申請人:出光興產株式會社